СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОМЕХ В РАДИОКАНАЛАХ Российский патент 2017 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам обнаружения помех в радиоканалах, использующих сигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией (ЧМ-2).

Известен способ обнаружения, реализованный в обнаружителях, описанных в книге Левина Б.Р. Теоретические основы статистической электротехники. - М.: Сов. радио, 1968. С. 345-346 (см. рис. 26). Известный способ основан на нелинейной обработке входной реализации и заключается в следующем. Входную реализацию раскладывают на квадратурные составляющие, которые затем фильтруют с помощью двух групп фильтров, согласованных с составляющими сигнала. Суммируют разности входных значений в каждой группе фильтров и детектируют их. Решение об обнаружении принимают в случае превышения суммы продетектированных величии и предварительно заданного порогового значения.

Недостатком известного аналога является то, что он позволяет обнаружить лишь сигнал помехи с известными параметрами.

Известен способ автоматического обнаружения (см. патент РФ №2480901, по заявке №2011154520 от 29.12.2011 г.). Известный способ основан на том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования. Формируют спектральное представление оцифрованного сигнала. Затем рассчитывают параметры спектрального представления, по значениям которых вычисляют пороговое значение уровня шума. Сравнивают параметры спектрального представления с рассчитанным пороговым значением уровня шума и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала. При формировании спектрального представления оцифрованный сигнал предварительно делят на N равных фрагментов, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье (ПФ), а в качестве параметров спектрального представления выбирают максимальные значения компонентов ПФ каждого из N фрагментов. Причем решение о факте обнаружения сигнала принимают, если параметры спектрального представления хотя бы одного из фрагментов превысят пороговое значение уровня шума. Пороговое значение уровня шума рассчитывают раздельно для каждого из N фрагментов и выбирают равным не менее трех значениий усредненной суммы спектральных компонент фрагмента.

Недостатком известного способа является то, что он позволяет обнаружить имитационные помехи в радиоканале только при условии априорной информации об их параметрах.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному способу является способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов, реализованный в обнаружителе сигналов по патенту РФ №2419968 от 03.08.2009 г., опубликован 27.05.2011 г.

В ближайшем аналоге принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала, сравнивают полученные параметры с предварительно вычисленным пороговым значением уровня шума U и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала. Для расчета параметров оцифрованного сигнала его разделяют на две равные последовательности, соответствующие первой и второй половинам оцифрованного сигнала, рассчитывают функцию взаимной корреляции между последовательностями и формируют ее спектральное представление F_j, где j=1, 2, … - номера спектральных компонент функции взаимной корреляции, путем выполнения над ней ПФ, а пороговое значение уровня шума U вычисляют путем умножения среднего значения компонент спектрального представления F_j на коэффициент Q. Сравнивают уровень каждой из спектральных компонент F_j с предварительно вычисленным пороговым значением уровня шума U и при выполнении, по крайней мере, для одной из j-х компонент спектрального представления условия F_j>U фиксируют факт обнаружения узкополосного сигнала. Коэффициент Q выбирают в интервале Q=3,5-4,5.

Недостатком известного аналога является то, что заявленное в нем техническое решение не позволяет обнаружить и принять правильное решение о передаваемом информационном символе в условиях априорной неопределенности о времени излучения имитационных помех в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2.

Целью заявленного технического решения, представляющего технический результат, является разработка способа, расширяющего область применения ближайшего аналога. А именно, обеспечить обнаружение и принятие правильного решения о переданном информационном символе в условиях априорной неопределенности о времени излучения имитационных помех в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2.

Поставленная цель достигается тем, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметры сигнала, которые сравнивают с предварительно вычисленным порогом (ПВП) и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех. Причем оцифрованные отсчеты принятого сигнала на длительности каждой посылки разбивают пополам и формируют первую и вторую последовательности отсчетов, для каждой из которых вычисляют их ПФ.

А в качестве параметров сигналов выбирают значения модулей вычисленных ПФ каждой из последовательностей, которые сравнивают с ПВП, в качестве которого выбирают величину, равную половине максимального значения параметра сигнала, вычисленного в условиях отсутствия имитационных помех.

Решение о наличие имитационной помехи принимают в том случае, если значения параметра сигнала хотя бы одной из последовательностей превысят значение ПВП в частотных позициях, соответствующих как информационной единице, так и информационному нулю.

А окончательное решение об информационном символе принимают по результатам сравнения той последовательности, рассчитанные параметры сигнала которой превысят ПВП только на частотных позициях, соответствующих или информационной единице, или информационному нулю,

Если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационной единице, то считают, что принята информационная единица, а если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационному нулю, то считают, что принят информационный нуль.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе, в качестве которых выступают параметры сигнала, в виде модулей вычисленных значений ПФ первой и второй последовательностей отсчетов оцифрованного сигнала на длительности каждой посылки, ПВП и процедуры сравнения параметров сигнала и значений ПВП, обеспечивается обнаружение имитационных помех в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2 и принятие правильного решения о переданном информационном символе.

Заявленный способ поясняется чертежами:

фиг. 1: s(t) - временная реализация сигнала ЧМ-2 на длительности трех информационных посылок «0», «1», «0» в условиях отсутствия имитационной помехи;

фиг. 2: u(t) - временная реализация помехи, имитирующей сигнал передачи информационной посылки «0»;

фиг. 3: s(t)+u(t) - временная реализация сигнала ЧМ-2 на длительности трех информационных посылок «0», «1», «0» в условиях имитационной помехи;

фиг. 4: |Fs(f)| - модуль значений ПФ от отсчетов сигнала ЧМ-2 на длительности информационной посылки «1» в условиях воздействия имитационной помехи, соответствующей «0», при тактовом несовпадении помехи и сигнала, а также нанесенный ПВП;

фиг. 5: s1(t) - временная реализация первой последовательности отсчетов посылки сигнала ЧМ-2, пораженной имитационной помехой при тактовом несовпадении помехи и сигнала;

фиг. 6: s2(t) - временная реализация второй последовательности отсчетов посылки сигнала ЧМ-2, пораженной имитационной помехой при тактовом несовпадении помехи и сигнала;

фиг. 7: |Fs1(f)| - модуль значений ПФ от отсчетов сигнала ЧМ-2 первой последовательности информационной посылки «1», пораженной имитационной помехой при тактовом несовпадении помехи и сигнала, а также нанесенный ПВП;

фиг. 8: |Fs2(f)| - модуль значений ПФ от отсчетов сигнала ЧМ-2 второй последовательности информационной посылки «1», пораженной имитационной помехой при тактовом несовпадении помехи и сигнала, а также нанесенный ПВП.

Существующая проблема обнаружения имитационных помех заключается в том, что при отсутствии априорных знаний о времени их излучения известные обнаружители не дают достоверной информации о том, содержится ли в обрабатываемой входной реализации только полезный сигнал или же в ней еще дополнительно присутствует имитационная помеха. Это объясняется тем, что структура имитационной помехи (см. фиг. 2) выбирается близкой к структуре сигнала (см. фиг. 1), например (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1. Под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 105-110).

При постановке имитационных помех в радиоканале получается аддитивная смесь полезного сигнала ЧМ-2 и имитационной помехи (см. фиг. 3), спектр которой (см. фиг. 4) не позволяет на основе энергетического обнаружителя принять решение о принятом информационном символе на длительности посылки. Это объясняется тем, что демодуляторы сигналов ЧМ-2 построены на принципах сравнения энергии в разнесенных по частоте каналах приема информационных значений «1» и «0», например (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1. Под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 283-285).

Следовательно, при выборе имитационной помехи, противоположной по структуре передаваемому полезному сигналу, на решающем устройстве демодулятора будет создаваться ситуации, когда выбор искомого значения «1» или «0» будет происходить случайным образом (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1. Под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 105-110).

В связи с тем, что условия прохождения сигнала и имитационной помехи различны, на входе демодулятора тактовые интервалы прихода помехи и сигнала не будут совпадать даже в том случае, когда системе постановки имитационных помех будет известна вся информация о параметрах подавляемого сигнала (ситуация тактового несовпадения помехи и сигнала показана на фиг. 1, 2). В результате часть сигнала на длительности его информационной посылки будет не поражена имитационной помехой (см. фиг. 3).

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.

1. Принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметры сигнала, для чего оцифрованные отсчеты принятого сигнала на длительности каждой посылки разбивают пополам и формируют первую и вторую последовательности отсчетов, для каждой из которых вычисляют их ПФ, а в качестве параметров сигналов выбирают значения модулей вычисленных ПФ (спектра сигнала) каждой из последовательностей.

1.1. Процедуры формирования сигналов, их передачи и приема по радиоканалам известны (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1. Под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 5-8).

1.2. Процедуры оцифровывания аналоговых сигналов (дискретизация, квантования и кодирование) известны и описаны, например (см. В. Григорьев. Передача сигналов в зарубежных информационно-технических системах. - СПб.: ВАС, 1998. С. 83-85).

1.3. Процедуры формирования последовательностей из отсчетов сигналов известны (см. патент РФ №2479920 по заявке №2011128870/07 от 12.07.2011 г.).

1.4. Операции преобразования Фурье известны и описаны, например, в способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов по патенту РФ №2382495 от 20.02.2010 г.

1.5. Операции вычисления значения модуля известны, см., например (Патент РФ №2466455 по заявке №2011144758 от 03.11.2011 г.).

2. Сравнивают параметры сигнала с предварительно вычисленным порогом, в качестве которого выбирают величину, равную половине максимального значения параметра сигнала, вычисленного в условиях отсутствия имитационных помех.

2.1. Процедуры сравнения могут быть реализованы, например, на основе порогового устройства, вариант реализации которого рассмотрен в (В. Тихонов, Н. Кульман. Нелинейная фильтрация и квазикогентный прием сигналов. - М.: Сов. радио, 1975. С. 696), а также (см. патент РФ №2419968 от 03.08.2009 г., опубликован 27.05.2011 г.).

2.2. Процедуры выбора максимального значения ПФ, а также сравнения, т.е. (…равную половине максимального значения…) известны (см. Патент РФ №2480901 по заявке №2011154520 от 29.12.2011 г.).

В качестве примера на фиг. 5 показана первая последовательность отсчетов пораженной имитационной помехой посылки сигнала, а на фиг. 6 показана вторая последовательность отсчетов пораженной имитационной помехой посылки сигнала.

3. Решение о наличии имитационной помехи принимают в том случае, если значения параметра сигнала хотя бы одной из последовательностей превысят значение ПВП в частотных позициях, соответствующих как информационной единице, так и информационному нулю, а окончательное решение об информационном символе принимают по результатам сравнения той последовательности, рассчитанные параметры сигнала которой превысят ПВП только на частотных позициях, соответствующих или информационной единице, или информационному нулю, если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационной единице, то считают, что принята информационная единица, а если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационному нулю, то считают, что принят информационный нуль.

3.1. Процедуры сравнения известны, см. п. 2.1.

3.2. Процедуры принятия решения известны и аналогичны процедурам, рассмотренным в патенте РФ №2473169 по заявке №2011147027 от 18.11.2011 г.

В качестве примера на фиг. 7 и 8 показаны спектры (модуль ПФ) первой и второй последовательности отсчетов на длительности сигнала, представляющих собой параметры сигнала. Здесь же показаны ПВП и указаны частотные позиции, соответствующие значениям информационной единицы и информационного нуля. При этом параметры сигнала второй последовательности превышают ПВП как в позициях информационной единицы, так и в позиции информационного нуля (см. фиг. 8), что указывает на наличие имитационной помехи на длительности обрабатываемой посылки. Следовательно, в соответствии с признаками заявляемого способа эта последовательность исключается из дальнейшего рассмотрения.

А параметры сигнала первой последовательности превышают ПВП только в позиции информационной единицы (см. фиг. 7), что указывает на отсутствие имитационной помехи на длительности обрабатываемой посылки и позволяет принять решение о наличии информационной единицы на длительности обрабатываемой посылки.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе, в качестве которых выступают параметры сигнала, в виде модулей вычисленных значений ПФ первой и второй последовательностей отсчетов оцифрованного сигнала на длительности каждой посылки, ПВП и процедуры сравнения параметров сигнала и значений ПВП, обеспечивается обнаружение имитационных помех в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2 и принятие правильного решения о переданном информационном символе, что обуславливает расширение области применения заявленного способа, т.е. реализуется возможность достижения заявляемого технического результата.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения помех в радиоканалах, использующих сигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией (ЧМ-2). Технический результат - обеспечение обнаружения и принятия решения о переданном информационном символе в условиях имитационных помех в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2. Для этого оцифрованные отсчеты принятого сигнала на длительности каждой посылки разбивают на две последовательности, для каждой из которых вычисляют их параметры, которые сравнивают с предварительно вычисленным порогом. Окончательное решение об информационном символе принимают по результатам сравнения той последовательности, рассчитанные параметры сигнала которой превысят предварительно вычисленный порог только на частотных позициях, соответствующих или информационной единице, или информационному нулю. 8 ил.

Способ обнаружения помех в радиоканалах, использующих сигналы с частотной манипуляцией, заключающийся в том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметры сигнала, которые сравнивают с предварительно вычисленным порогом (ПВП) и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех, отличающийся тем, что оцифрованные отсчеты принятого сигнала на длительности каждой посылки разбивают пополам и формируют первую и вторую последовательности отсчетов, для каждой из которых вычисляют их преобразование Фурье, а в качестве параметров сигналов выбирают значения модулей вычисленных преобразований Фурье каждой из последовательностей, которые сравнивают с ПВП, в качестве которого выбирают величину, равную половине максимального значения параметра сигнала, вычисленного в условиях отсутствия имитационных помех, решение о наличии имитационной помехи принимают в том случае, если значения параметра сигнала хотя бы одной из последовательностей превысят значение ПВП в частотных позициях, соответствующих как информационной единице, так и информационному нулю, а окончательное решение об информационном символе принимают по результатам сравнения той последовательности, рассчитанные параметры сигнала которой превысят ПВП только на частотных позициях, соответствующих или информационной единице, или информационному нулю, если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационной единице, то считают, что принята информационная единица, а если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационному нулю, то считают, что принят информационный нуль.